RU233584U1 - Термостойкая шиберная задвижка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области запорной и регулировочной арматуры, а более конкретно - к термостойкой шиберной задвижке. Термостойкая шиберная задвижка содержит корпус, опорный конус, расположенный внутри корпуса, диафрагму, соединенную с опорным конусом, содержащую отверстие диафрагмы, определяющее внутреннее проходное сечение; диск шибера, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно поперечному сечению отверстия диафрагмы для выборочного открытия и закрытия отверстия диафрагмы, огнеупорную футеровку, установленную на внутренней поверхности корпуса и внутренней поверхности опорного конуса. Термостойкая шиберная задвижка отличается тем, что огнеупорная футеровка выполнена из материала, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 160 Н/мм². Полезная модель позволяет увеличить надежность шиберной задвижки за счет замедления разрушения футеровки, вызванного внутренними напряжениями от воздействий высоких температур и температурных колебаний.

Description

Полезная модель относится к области запорной и регулировочной арматуры, а более конкретно касается термостойкой шиберной задвижки.

Термостойкие шиберные задвижки применяются в различных областях техники для регулирования потока высокотемпературной среды. В области нефтепереработки они находят применение, в частности, в установках (реакторах) каталитического крекинга, в которых происходит разложение нефтяных продуктов на фракции при высоких температурах (500-700°С) и в ряде случаев при повышенном давлении. Ввиду этого, с целью теплоизоляции, защиты от негативных воздействий высоких температур, физических и химических воздействий, на внутренние поверхности шиберных задвижек устанавливают различные футеровки.

Известна шиберная задвижка (см. заявку на изобретение США US6050288A, МПК F16K3/02, опубл. 18.04.2000), содержащая корпус, определяющий камеру задвижки с входной зоной и выходной зоной, опорный конус, расположенный во входной зоне камеры задвижки, сужающийся в направлении выходной зоны и содержащий входной конец и выходной конец, диафрагму на выходном конце опорного конуса, содержащую отверстие диафрагмы. В выходной зоне камеры задвижки установлен диск шибера, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно поперечному сечению отверстия диафрагмы для выборочного открытия и закрытия отверстия диафрагмы. На внутренних поверхностях корпуса и опорного конуса нанесена футеровка, закрепленная при помощи анкеров.

Недостатком данного решения является недостаточная прочность применяемого материала огнеупорной футеровки (предел прочности на разрыв примерно 13 Н/м², предел прочности на сжатие примерно 130 Н/м²), что при повышенных температурах и температурных колебаниях приводит к возникновению внутренних напряжений материала футеровки, которые способствуют быстрому разрушению футеровки.

Техническим результатом полезной модели является существенное замедление разрушения футеровки, вызванного внутренними напряжениями от воздействий высоких температур и температурных колебаний, в результате чего продлевается срок службы футеровки, продлеваются межремонтные интервалы, что, в свою очередь, способствует повышению надежности и эффективности эксплуатации шиберной задвижки в целом.

Предлагаемая шиберная задвижка содержит корпус, опорный конус, расположенный внутри корпуса, диафрагму, соединенную с опорным конусом, содержащую отверстие диафрагмы, определяющее внутреннее проходное сечение; диск шибера, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно поперечному сечению отверстия диафрагмы для выборочного открытия и закрытия отверстия диафрагмы, огнеупорную футеровку, установленную на внутренней поверхности корпуса и внутренней поверхности опорного конуса. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что огнеупорная футеровка выполнена из материала, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 160 Н/мм².

Материал огнеупорной футеровки содержит от 73 до 86% Al₂O₃, от 7 до 18% SiO₂, от 0,2 до 1,5% Fe₂O₃ и от 3,5 до 4,0% CaO.

Термостойкая шиберная задвижка содержит антиэрозионную футеровку на диафрагме и диске шибера, выполненную из материала, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 90 Н/мм².

Материал антиэрозионной футеровки содержит от 18 до 22% Al₂O₃, от 48 до 52% SiO₂, от 1,2 до 1,8% Fe₂O₃ и от 2,0 до 3,0% CaO.

Толщина слоя огнеупорной футеровки составляет не менее 75 мм.

Толщина слоя огнеупорной футеровки составляет не менее 100 мм на корпусе и не менее 135 мм на конусе.

Толщина слоя антиэрозионной футеровки составляет не менее 19 мм.

На фиг. 1 изображена изометрия термостойкой шиберной задвижки согласно полезной модели.

На фиг. 2 представлен разрез термостойкой шиберной задвижки согласно полезной модели.

Позициями на фигурах показаны:

1 - шиберная задвижка; 2 - корпус; 3 - камера задвижки; 4 - входная зона; 5 - выходная зона; 6 - опорный конус; 7 - входной конец; 8 - выходной конец; 9 - диафрагма; 10 - отверстие диафрагмы; 11 - диск шибера; 12 - приводной шток; 13 - патрубок; 14 - огнеупорная футеровка; 15 - антиэрозионная футеровка; 16 - анкер.

Шиберная задвижка 1 (фиг. 1, 2) содержит корпус 2, определяющий камеру 3 задвижки с входной зоной 4 и выходной зоной 5, опорный конус 6, расположенный во входной зоне 4 камеры 3 задвижки 1, сужающийся в направлении выходной зоны 5 и содержащий входной конец 7 и выходной конец 8. Опорный конус 6 на входном конце 7 прикреплен к корпусу 2. На выходном конце 8 опорного конуса 6 расположена диафрагма 9 с отверстием 10 диафрагмы, определяющим максимальное внутреннее проходное сечение шиберной задвижки 1. Диафрагма 9 представляет собой плиту, прикрепленную к опорному конусу 6 и/или стенкам корпуса 2, например, с помощью болтовых соединений.

Для обеспечения выборочного открытия и закрытия отверстия диафрагмы 9 предусмотрен диск 11 шибера, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно поперечному сечению отверстия 10 диафрагмы 9. Диск 11 шибера закреплен на приводном штоке 12, который проходит наружу корпуса 2 через патрубок 13 с возможность приведения его в движение для управления положением диска 11 шибера. В полностью открытом положении диска 11 шибера, он не перекрывает отверстие 10 диафрагмы 9, для максимизации потока среды через камеру 3 задвижки 1. В полностью закрытом положении диска 11 шибера, он полностью перекрывает отверстие 10 диафрагмы 9, для минимизации потока среды через камеру 3 задвижки 1. Кроме того, диск 11 шибера может принимать множество промежуточных положений между полностью открытым и полностью закрытым положениями для точной регулировки потока среды через камеру 3 задвижки 1.

Такая шиберная задвижка 1 может применяться, в частности, для управления потоком катализатора в установках (реакторах) каталитического крекинга, в которых происходит разложение нефтяных продуктов на фракции при высоких температурах (порядка 500-700°С). Для обеспечения защиты поверхностей шиберной задвижки 1 от механических, термических, физических и химических повреждений предусмотрены огнеупорная футеровка 14, установленная на внутренних стенках корпуса 2 и внутренних стенках опорного конуса 6, а также антиэрозионная футеровка 15, которая устанавливается на диафрагме 9 и на диске 11 шибера.

Огнеупорная футеровка 14 в первую очередь предназначена для уменьшения тепловых потерь и защиты корпуса 2 и опорного конуса 6 от воздействия высоких температур среды, проходящей через камеру 3 задвижки 1. Огнеупорная футеровка 14 установлена с помощью анкеров 16, прикрепленных к стенкам корпуса 2 и опорного конуса 6. Анкеры 16 предпочтительно выполнены из нержавеющей стали и обеспечивают надежное крепление и равномерность распределения огнеупорной футеровки 14.

Антиэрозионная футеровка 15 предназначена для защиты поверхностей диафрагмы 9 и диска 11 шибера от механического и химического воздействия высокотемпературной среды, проходящей через камеру 3 задвижки 1, и содержащихся в ней примесей. Как показано в примере на фиг. 2, антиэрозионная футеровка 15 нанесена на диафрагму 9 в области отверстия 10 диафрагмы, на поверхность диска 11 шибера, обращенную к отверстию 10 диафрагмы, на торцевую поверхность диска 11 шибера, а также на часть поверхности диска 11 шибера, обращенной к выходной зоне 5.

Основными критериями выбора материала футеровок являются расчетная температура на поверхности футеровки, требования к температуре на корпусе 2, заданная общая толщина футеровки, химический состав и агрессивность воздействующей на футеровку среды. Кроме того, существенным фактором при выборе материала футеровки является предел прочности. Данный параметр определяет максимальное механическое напряжение, выше которого материал подвергается деформации.

В ходе проведения исследований было установлено, что при использовании в качестве огнеупорной футеровки 14 материала, обладающего высокой прочностью и абразивостойкостью, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 160 Н/мм², существенно замедляется разрушение огнеупорной футеровки 14 из-за воздействий высоких температур и температурных колебаний. Таким образом, продлевается срок службы огнеупорной футеровки 14, что, в свою очередь, способствует повышению надежности и эффективности эксплуатации шиберной задвижки 1 в целом.

Также было установлено, что в качестве антиэрозионной футеровки 15 на диафрагме 9 и диске 11 шибера предпочтительно использовать материал, обладающий абразивостойкостью и низкой теплопроводностью, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 90 Н/мм².

В качестве неограничивающего примера реализации, материал огнеупорной футеровки 14 может иметь в своем составе от 73 до 86% Al₂O₃, от 7 до 18% SiO₂, от 0,2 до 1,5% Fe₂O₃ и от 3,5 до 4% CaO. Например, могут использоваться доступные на рынке смеси «АЛИРАМ 72» (значение предела прочности при сжатии 160 Н/мм² после обжига при 800°С, устойчивость к температуре не менее 1250°С), «АЛИРАМ 72АР» (значение предела прочности при сжатии 180 Н/мм² после обжига при 800°С, устойчивость к температуре не менее 1350°С), «АЛИРАМ 86АР» (значение предела прочности при сжатии 180 Н/мм² после обжига при 800°С, устойчивость к температуре не менее 1300°С) и т.п. При выходе за указанные значения интервалов содержания компонентов огнеупорной футеровки не обеспечиваются необходимые значения предела прочности при сжатии и устойчивость к температуре.

В качестве неограничивающего примера реализации, материал антиэрозионной футеровки 15 может содержать от 18 до 22% Al₂O₃, от 48 до 52% SiO₂, от 1,2 до 1,8% Fe₂O₃ и от 2,0 до 3,0% CaO. Например, для антиэрозионной футеровки могут использоваться смеси «АЛИКАСТ 50/2,3» (значение предела прочности при сжатии 130 Н/мм² после обжига при 800°С, устойчивость к температуре не менее 1400°С, значение коэффициента теплопроводности при средней температуре 500°С составляет 2,5 Вт/м⋅К.), «АЛИКАСТ 37/2,5-50KK» (значение предела прочности при сжатии 130 Н/мм² после обжига при 800°С, устойчивость к температуре не менее 1400°С) и т.п. При выходе за указанные значения интервалов содержания компонентов огнеупорной футеровки не обеспечиваются необходимые значения предела прочности при сжатии и устойчивость к температуре.

В ходе проведения тепловых расчетов были получены оптимальные значения толщин огнеупорной футеровки 14 и антиэрозионной футеровки 15. Так, толщина рабочего слоя огнеупорной футеровки 14 предпочтительно составляет не менее 75 мм. При меньшем значении толщины не будет обеспечиваться достаточная огнеупорная защита, что приведет к недопустимому нагреву стенок корпуса 2 шиберной задвижки 1 и значительным тепловым потерям. Согласно проведенным тепловым расчетам, предпочтительно, чтобы толщина огнеупорной футеровки 14 на корпусе 2 составляла не менее 100 мм, толщина огнеупорной футеровки 14 на опорном конусе 6 - не менее 135 мм, толщина антиэрозионной футеровки 15 - не менее 19 мм.

Кроме того, как показано в примере на фиг. 2, толщина рабочего слоя антиэрозионной футеровки 15 может выбираться так, чтобы она была установлена вровень с краем диафрагмы 9.

Предпочтительно, значение толщины огнеупорной футеровки 14 на опорном конусе 6 выше, чем значение толщины огнеупорной футеровки 14 на корпусе 2. Это связано с тем, что внутренние стенки опорного конуса 6 подвергаются большему износу с учетом повышенного воздействия потока среды.

Таким образом, благодаря использованию в качестве огнеупорной футеровки 14 на корпусе 2 и на опорном конусе 6 материала, обладающего высокой прочностью и абразивостойкостью, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 160 Н/мм², а в качестве антиэрозионной футеровки 15 на диафрагме 9 и диске 11 шибера материала, обладающего абразивостойкостью и низкой теплопроводностью, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 90 Н/мм², существенно замедляется разрушение футеровок, продлевается их срок службы, увеличиваются межремонтные интервалы, благодаря чему повышается надежность и эффективность эксплуатации шиберной задвижки в целом.

Claims (7)

1. Термостойкая шиберная задвижка, содержащая корпус, опорный конус, расположенный внутри корпуса, диафрагму, соединенную с опорным конусом, содержащую отверстие диафрагмы, определяющее внутреннее проходное сечение; диск шибера, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно поперечному сечению отверстия диафрагмы для выборочного открытия и закрытия отверстия диафрагмы, огнеупорную футеровку, установленную на внутренней поверхности корпуса и внутренней поверхности опорного конуса, отличающаяся тем, что огнеупорная футеровка выполнена из материала, устойчивого к температуре не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 160 Н/мм².

2. Термостойкая шиберная задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что материал огнеупорной футеровки содержит от 73 до 86% Al₂O₃, от 7 до 18% SiO₂, от 0,2 до 1,5% Fe₂O₃ и от 3,5 до 4% CaO.

3. Термостойкая шиберная задвижка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит антиэрозионную футеровку, установленную на диафрагме и диске шибера, выполненную из материала, устойчивого к температурам не менее 700°С, предел прочности которого составляет не менее 90 Н/мм².

4. Термостойкая шиберная задвижка по п. 3, отличающаяся тем, что материал антиэрозионной футеровки содержит от 18 до 22% Al₂O₃, от 48 до 52% SiO₂, от 1,2 до 1,8% Fe₂O₃ и от 2,0 до 3,0% CaO.

5. Термостойкая шиберная задвижка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что толщина слоя огнеупорной футеровки составляет не менее 75 мм.

6. Термостойкая шиберная задвижка по п. 5, отличающаяся тем, что толщина слоя огнеупорной футеровки составляет не менее 100 мм на корпусе и не менее 135 мм на опорном конусе.

7. Термостойкая шиберная задвижка по любому из пп. 3, 4, отличающаяся тем, что толщина слоя антиэрозионной футеровки составляет не менее 19 мм.